ความเข้มเสียงและระดับความเข้มเสียง
1. ความเข้มเสียง
เสียงเกิดจากการสั่นของวัตถุต้นกำเนิดเสียง ถ้าแหล่งกำเนิดเสียงสั่นแรงจะทำให้มีแอมปลิจูดมาก
และถ้าสั่นเบาแอมปลิจูดน้อย เมื่อมีโมเลกุลของอากาศที่อยู่รอบๆแหล่งกำเนิดเสียง
และจะเกิดการถ่ายโอนพลังงานเสียงไปสู่ผู้ฟัง ผู้ฟังจะได้ยินเสียงดังหรือเบาขึ้นกับพลังงานเสียงที่ถ่ายโอนผ่านโมเลกุลอากาศมาว่ามีพลังงานถ่ายโอนมามากหรือน้อย นอกจากนั้นยังมีเรื่องระยะทางในการถ่ายโอนพลังงานเสียงซึ่งจะมีผลต่อการได้ยินเสียงดังหรือเบาอีกด้วย
กำลังเสียง ( Power of sound wave )
อัตราการถ่ายโอนพลังงานเสียงของแหล่งกำเนิดเสียง
คือพลังงานเสียงที่ส่งออกมาจากแหล่งกำเนิดในหนึ่งหน่วยเวลา เรียกว่า กำลังเสียง
มีหน่วยเป็น จูลต่อวินาที หรือ วัตต์(watt)
สำหรับแหล่งกำเนิดเสียงที่เป็นจุด
ถือว่าหน้าคลื่นเสียงจะแผ่ออกไปโดยรอบเป็นรูปทรงกลม
โดยมีแหล่งกำเนิดคลื่นเป็นจุดศูนย์กลางของทรงกลมนั้น
 |
| ที่มา ; http://thegeniusphysics.blogspot.com/p/8.html |
แสดงการแผ่ของหน้าคลื่นเสียงออกจากแหล่งกำเนิดที่จุดศูนย์กลางทรงกลม ยิ่งไกลจากแหล่งกำเนิดพื้นที่ผิวทรงกลมที่คลื่นเสียงตกกระทบยิ่งมีค่ามาก
|
กำลังเสียงที่แหล่งกำเนิดเสียงส่งออกไปต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ผิวทรงกลม
เรียกว่า ความเข้มเสียง ( intensity of a sound wave) ถ้าให้กำลังเสียงที่ส่งออกจากแหล่งกำเนิเสียงมีค่าคงตัว
จะได้ความสัมพันธ์ว่า
จากสมการความเข้มเสียง
จะเห็นความสัมพันธ์ว่า
2. ความเข้มเสียง
แปรผกผันกับขนาดพื้นที่ผิวทรงกลมรับเสียง (พื้นที่รับเสียงมาก ความเข้มเสียงน้อย)
3. ความเข้มเสียง
แปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างจากแหล่งกำเนิดเสียง (ยิ่งไกล
ความเข้มเสียงยิ่งลดลง)
4.
ถ้ามีต้นกำเนิดเสียงหลายแหล่งสามารถหาความเข้มเสียงรวมที่ปรากฏที่จุดหนึ่งได้จากการรวมแบบปกติ โดยความเข้มเสียงรวม = I1 + I2 + I3 + ...
สมการเปรียบเทียบความเข้มเสียง 2 ค่า
ความเข้มเสียงแปรผันตรงกับค่าแอมปลิจูดของคลื่นเสียงยกกำลังสอง ความเข้มเสียงมากจะได้เสียงดัง ความเข้มเสียงน้อยจะได้เสียงเบา
ตัวอย่าง แหล่งกำเนิดสียงมีกำลังเสียง 12.75 วัตต์ ที่ระยะห่างออกไปจากแหล่งกำเนิดเสียง 1 เมตร และ 2 เมตร ความเข้มเสียงใดจะมากกว่า และมากกว่ากันกี่เท่า และที่ระยะห่างแหล่งกำเนิด 10 เมตร มีค่าความเข้มเสียงกี่วัตต์ต่อตารางเมตร
แนวคิด ใช้สมการ
ที่ระยะห่าง 1 เมตร มีความเข้มเสียงมากกว่าความเข้มเสียงที่ระยะ 2 เมตร เมื่อ P คงตัว I แปนผกผันกับรัศมี r ยกกำลังสอง หาอัตราส่วนความเข้มเสียง ได้ว่า
หาความเข้มเสียงที่ระยะห่าง 10 เมตร แทนค่าในสมการ
2. ระดับความเข้มเสียง
การบอกความดังหรือเบาของเสียงด้วยความเข้มเสียงที่ผ่านมานั้นจะเห็นว่าช่วงจากเสียงเบาที่สุด
ไปหาดังที่สุด มีช่วงมากกว่ากันถึง 10 ยกกำลัง 12 เท่า จึงไม่เหมาะจะใช้บอกถึงความดังหรือเบา
จึงเปลี่ยนมาใช้การบอกดัง หรือเบา ด้วยค่า ระดับความเข้มเสียง
โดยเทียบมาจากความเข้มเสียง โดยระดับความเข้มเสียง จะมีลักษณะคล้ายค่าลอกการิทึม ในวิชาคณิตศาสตร์ โดยระดับความเข้มเสียงมีความสัมพันธ์กับความเข้มเสียงต่ำสุด
ได้ว่า
จากสมการ ระดับความเข้มเสียง
เมื่อแทนค่าความเข้มเสียงสูงสุดที่ทนฟังได้ เมื่อแก้สมการ จะได้ค่าระดับความเข้มเสียงสูงสุดที่ทนฟังได้เท่ากับ 120 dB และแทนค่าความเข้มเสียงน้อยสุดที่ได้ยินลงไปแล้วแก้สมการ
จะได้ระดับความเข้มเสียงน้อยที่สุด 0
dB ดังนั้นเมื่อบอกระดับความเข้มเสียงจะทำให้ระดับความเข้มเสียงสูงสุดและต่ำสูงต่างกันอยู่เพียง 120 dB หรือ 12 B เท่านั้น
ถ้ามีการสังเกตที่ 2 ตำแหน่ง ซึ่งมีค่าระดับความเข้มเสียงแตกต่างกัน สามารถเขียนสมการผลต่างของระดับความเข้มเสียงได้ดังนี้
3. มลภาวะของเสียง
ถ้าเสียงที่มีพลังงานมากๆ
เข้าสู่หูซึ่งเป็นอวัยวะรับเสียง อาจทำให้เกิดความเจ็บปวดหู หรือเกิดความรำคาญ
เสียงจึงเป็นสิ่งที่อาจทำให้เกิดอันตรายได้ เช่น มีผลต่ออารมณ์ ความรู้สึก
ตลอดจนตอบสนองต่อสิ่งเร้า ทำให้รู้สึกได้ถึงแหล่งกำเนิดเสียง เช่น เสียงด่า เสียงโกรธ เสียงไพเราะ ถ้าเสียงที่ได้ยินทำให้เกิดผลเสียต่อผู้ฟังไม่ว่าจะด้านร่างกายหรือจิตใจ
ถือว่าเป็นมลพิษอย่างหนึ่ง
ในปัจจุบัน
ขณะที่เทคโนโลยี่พัฒนามากขึ้น ทำให้เราต้องได้รับมลพิษทางเสียงมากขึ้น ในการป้องกันมลพิษทางเสียง
ได้มีประกาศเกี่ยวกับความปลอดภัยในการทำงานในบริเวณที่มีเสียงดัง
ของกระทรวงมหาดไทย ดังนี้
|
4.หูกับการได้ยิน
หู
ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ซึ่งรวมถึงมนุษย์เป็นอวัยวะที่ทำหน้าที่ 2 ประการ ซึ่งก็คือ
1. การได้ยินหรือการรับฟังเสียง (Phonoreceptor) โดยสามารถแยกความแตกต่างของคลื่นเสียงได้
2. การทำหน้าที่ทรงตัว รักษาสมดุลของร่างกาย (Statoreceptor)
ส่วน ประกอบของหู
หู ส่วนนอก (External
ear) ซึ่งประกอบด้วย
1. ใบหู (Pinna) มีหน้าที่ในการรวบรวมคลื่นเสียงที่มาจากที่ต่างๆ ส่งเข้าสู่รูหู ใบหู
มีกระดูกอ่อนอีลาสติก เป็นแกนอยู่ภายใน ทำให้โค้งพับงอได้
2. ช่องหู หรือ รูหู (Auditory canal) เป็นส่วนที่อยู่ถัดใบหูเข้ามาจนถึงเยื่อแก้วหู
ทำหน้าที่เป็นทางเดินของคลื่นเสียงเข้าสู่หูส่วนกลาง รูหูมีขนและต่อมสร้างขี้หู (Cerumious
gland) ทำหน้าที่สร้างขี้หูไว้ดักฝุ่นละออง
หรือสิ่งแปลกปลอมไม่ให้เข้าไปในรูหู
3. แก้วหู หรือ เยื่อแก้วหู (Tympanic membrane หรือ Ear drum) มีลักษณะเป็นเยื่อบางๆ
และเป็นเส้นใยที่มีความยาวเท่าๆกันจึงสั่นสะเทือน
เมื่อมีเสียงมากระทบและแยกคลื่นเสียงที่แตกต่างกันได้โดยมีความว่องไวต่อการ
เปลี่ยนแปลงความดัน แต่จะไม่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงความเร็ว
(คลื่นเสียงจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลแรงดันในช่องหู)
หูส่วนกลาง
หูส่วนกลาง (Middle
ear) เป็นส่วนที่ถัดจากแก้วหูเข้ามา
ภายในหูตอนกลางจะมีท่อยูสเทเชียน (Eustachian tube) มีลักษณะเป็นท่อกลวงขนาดเล็ก
เชื่อมติดระหว่างคอหอยและหูชั้นกลาง
มีหน้าที่ปรับความดันภายในหูให้ภายในหูมีความดันเท่ากับความดันภายนอก
ถ้าหากระดับความดันของทั้งสองแห่งไม่เท่ากัน จะมีผลทำให้รู้สึก หูอื้อ
และถ้าเกิดความแตกต่างมากจะทำให้รู้สึกปวดหู ภายในหูส่วนกลางนี้มีกระดูก 3 ชิ้นคือ กระดูกค้อน (Malleus) กระดูกทั่ง (Incus) และกระดูกโกลน (Stapes) เรียงตามลำดับจากด้านนอกเข้าสู้ด้านใน
มีหน้าที่ในการขยายการสั่นสะเทือนของคลื่นเสียงให้มากขึ้น
และจึงส่งต่อการสั่งสะเทือน
เข้าสู่หูส่วนในเพื่อแปลเป็นความรู้สึกเพื่อส่งต่อไปยังสมอง
หูส่วนใน
หูส่วนใน (Internal
ear) อยู่ถัดจากหูส่วนกลางเข้ามา
หูส่วนในประกอบด้วยท่อขดก้นหอย หรือ คอเคลีย (Cochlea) ภายในคอเคลียมีเยื่อบาง ๆ
2 ชนิดกั้นทำให้ภายในแยกเป็น 3 ส่วน
เยื่อชนิดแรกเรียกว่า
เยื่อเบซิล่าร์ (basilar membrane) ยาวประมาณ 30 มิลลิเมตร
ตอนกลางจะยึดอยู่กับกระดูกแข็ง สไปรัลลามินา (spiral lamina) ส่วน ด้านข้างติดอยู่กับเอ็นสไปรัล
(spiral ligament) ที่เยื่อนี้มีอวัยวะพิเศษ เรียกว่า ออร์แกนออ ฟคอร์ตี (orgam of
corti) อวัยวะชิ้นนี้ประกอบด้วยแถวของเซลล์ขน
(hair cell) มีลักษณะเป็นเส้นยาว
ๆ อยู่ระหว่างเยื่อหุ้มสองชั้น ปลายเซลล์ขนจะมีซิเลียที่ยาวมากยื่นเข้ามา ในส่วนที่เป็นของเหลว
และสัมผัสกับเนื้อเยื่อที่อยู่ตรงด้านตรงข้ามที่เรียกว่าเยื่อแทกทอเรียล (tactorial
membrane) แต่ละเซลล์มีซิเลียมากกว่า 200 อัน เมื่อของเหลวในคอเคลียสั่นสะเทือน
เยื่อทั้งสองด้านจะเคลื่อนที่ใกล้กันมากขึ้น ทำให้ซิเลียเกิดเปลี่ยนรูปร่าง
ซึ่งจะไปทำให้เกิดศักย์กิริยาขึ้นที่เซลล์ประสาท ที่ติดต่ออยู่ด้วย
นำกระแสความรู้สึกผ่านเข้าสู่สมองทางเส้น ประสาทออดิทอรี(auditory nerve) ในอัตราที่มากถึง 15,000 ครั้งต่อวินาทีซึ่งเป็นความถี่ของเสียง
ที่หูของมนุษย์รับได้
ในการทรงตัว คือ
เวสทิบิวล่าร์แอพพาราตัส (Vestibular apparatus)
ซึ่งประกอบด้วยส่วนต่างๆคือ
1. semicircular canal มีลักษณะเป็นครึ่งวงกลมภายในบนนจุของเหลง endolymph ในส่วนที่นูนออกมาบริเวณปลายจะมี hair cell อยู่
2. utricle , saccule อยู่ทางด้านหน้า ของข้อ1 มีก้อง Ca เล็กอยู่และ hair
cell
.............. ภาย ใน semicircular
canal มี endolymph เคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลาทำให้ขนของ hair cell เบนไปมาทำให้เกิดคลื่นกระแสประสาทส่งไปยังสมองเพื่อควบคุมการทรงตัว
ถ้าหากหมุนตัวหลายๆรอบ จะทำให้ระบบส่วนนี้ทำงานผิดปรกติทำให้เกิดอาการมึนงง
 |
ที่มา;http://www4.msu.ac.th/satit/studentProj/2548/Selectted/M103/g05-bodySystem/ear.htm
|
การสั่นสะเทือน ส่วนการสั่นสะเทือนที่มีความถี่ต่ำจะมีผลกระตุ้นมากที่สุดตรงปลายด้านในสุดของคอ
เคลีย การสั่นสะเทือนที่มีความถี่ปานกลาง
จะมีผลกระตุ้นได้มากที่สุดตรงบริเวณกึ่งกลางระหว่างหน้าต่างรูปไข่และปลาย
ด้านในสุดของคอเคลีย เนื่องจากเซลล์ประสาทรับความรู้สึกที่บริเวณต่าง ๆ
ของคอเคลียนำกระแสความรู้สึกเข้าสู่บริเวณสมองคนละตำแหน่ง
ดังนั้นผลที่สมองแปลออกมาจึงสามารถบอกถึงความแตกต่าง
ของระดับความถี่ของคลื่นเสียงที่มากระตุ้นได้
ของเหลวในเอนโดลิมฟ์ที่มีส่วนประกอบคล้ายคลึงกับของเหลวในเซลล์แต่มีโปรตีน
น้อยกว่า ซึ่งตรงกันข้ามกับ เฟริลิมฟ์ที่มี Na+ และโปรตีนสูง
รูป
ร่างของคอเคลียสามารถจะบอกช่วงความถี่ของคลื่นเสียงที่หู สามารถตอบสนองได้
ของมนุษย์ระหว่าง 20 -
20,000 รอบต่อวินาที
แมวอยู่ระหว่าง 50,000 รอบต่อวินาที
ค้าวคาวและปลาโลมา มีความสามารถรับความถี่ได้สูงมากถึง 100,000 รอบต่อวินาที
เสียงที่ดังมาก ๆ เมื่อเข้ามากระทะแก้วหู
การสั่นสะเทือนที่รุนแรงของของเหลวในหูส่วนในอาจทำให้ซิเลียของเซลล์ขนฉีก ขาดได้
ทำให้สูญเสียการรับเสียงในช่วงความถี่นั้น ๆ ได้
หูของมนุษย์มีชุดกล้ามเนื้อที่สามารถลดการเคลื่อนที่อย่างรุนแรงของกระดูก
โกลนเมื่อได้รับการกระตุ้นของเสียงอย่างรุนแรงได้บ้าง
การสูญเสียเซลล์ขนจำนวนมากจะไม่สามารถสร้างกลับคืนมาได้ใหม่
อาจเกิดขึ้นได้กับมนุษย์ เนื่องจากความเจริญก้าวหน้าทางเทคโนโลยี เช่น
เสียงเครื่องจักรกลในโรงงานใหญ่ เสียงเครื่องบินเร็วกว่าเสียง เช่นเครื่องบินไอพ่น
เสียงจากท่อไอเสียของรถจักรยานยนต์ และรถแข่ง รวมทั้งเสียงดนตรีในแหล่งสถานบันเทิง
การ
ทำงานของหู เริ่มจาก เสียงจะเข้าไปในรูหูผ่านใบหู หลังจากนั้น ก็จะไปสั่นที่แก้วหู
หลังจากนั้นแก้วหูก็จะไปสั่นกระดูกทั่ง ค้อน และ โกลน หลังจากนั้น
กระดูกโกลนและจะไปสั่นคอเคลีย ของเหลวในคอเคลียจะไปสั่นเซลล์ขนในคอเคลีย
เซลล์ขนจะแปรความสั่นสะเทือนเป็นกระแสไฟฟ้าและส่งไปยังเส้นประสาท
กระแสไฟฟ้าจะเดินทางผ่านเส้นประสาทและไปที่ไปที่สมอง เพื่อให้สมองแปรเป็นข้อมูล
ที่มาของเนื้อเรื่อง http://www.lks.ac.th/bioweb/about/unit8b7.html
5. เวลาก้องเสียง
 |
| ที่มา ; http://www.sa.ac.th/winyoo/Sound/sound_ear.htm |
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น